Magneto-thermohydraulic modelling of a part subjected to a TIG welding process and estimation of the evolution of a fusion front
Modélisation magnéto-thermo-hydraulique d'une pièce soumise à un procédé de soudage TIG et estimation d'évolution d'un front de fusion
Résumé
Welding is a joining method that is used extensively in industry, especially in heavy industry. The areas of application are varied, for example, power generation, automotive, shipbuilding and many others. There are a large number of processes, each with different advantages and disadvantages. However, the most widely used is arc welding, especially TIG (Tungsten Inert Gas), whose weld quality and compactness make it a particularly efficient process. For this reason, the latter is the subject of this study. The TIG process allows the local fusion of the parts to be welded by means of an electric arc. This arc, located between a non-melting electrode and the materials to be joined, is maintained within a plasma. The latter is itself fed by a flow of plasma gas. Overall, questions about welding relate to the quality of the bond, the speed of production and the levels of energy expended to achieve a desired weld bead shape. Until recently, the answers to these questions were obtained only experimentally, through costly test campaigns. Nowadays, as computer tools are becoming more and more powerful, numerical simulation is gaining more weight in this field of research. Nevertheless, experiments are still relevant as validation. Obtaining the fusion of the materials to be welded involves high temperature levels and therefore significant thermomechanical effects in the solid phase. During cooling, these effects are partially frozen in the form of residual stresses and strains. The latter can be the cause of defects, cracks or local weakening of the mechanical properties of the structure. In order to validate the quality of the bond, it is therefore necessary to quantify these effects, either experimentally or numerically.
Le soudage est une méthode d'assemblage extrêmement utilisée dans l'industrie et plus particulièrement dans l'industrie lourde. Les domaines d'application sont variés, citons par exemple, la production d'énergie, l'automobile, la construction navale et bien d'autres encore. Il existe un grand nombre de procédés présentant chacun des avantages et inconvénients différents. Cependant, celui qui est le plus utilisé est le soudage à l'arc et plus particulièrement le procédé TIG (Tungsten Inert Gas), dont la qualité de soudure et la compacité en font un procédé particulièrement efficace. Pour cette raison, ce dernier fait l'objet de la présente étude. Le procédé TIG permet la fusion locale des pièces à souder par l'intermédiaire d'un arc électrique. Cet arc, localisé entre une électrode non fusible et les matériaux à assembler, est maintenu au sein d'un plasma. Ce dernier étant lui-même alimenté par un écoulement de gaz plasmagène. Dans l'ensemble, les interrogations relatives au soudage portent sur la qualité de la liaison, la rapidité de production et les niveaux d'énergie dépensés pour obtenir une forme de cordon de soudure souhaitée. Jusque récemment, les réponses à ces questions étaient obtenues uniquement de manière expérimentale, par de coûteuses campagnes d'essais. Actuellement, les outils informatiques étant de plus en plus performants, la simulation numérique prend davantage de poids dans ce domaine de recherche. Néanmoins, les expériences restent toujours d'actualité, en tant que validation. L'obtention de la fusion des matériaux à souder implique des niveaux de température élevés et donc des effets thermomécaniques, dans la phase solide, importants. Lors du refroidissement, ces effets sont partiellement figés sous forme de contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières peuvent être à l'origine de défauts, de fissures ou de l'affaiblissement local des propriétés mécaniques de la structure. Pour valider la qualité de la liaison, il s'agit donc de quantifier ces effets, soit expérimentalement, soit numériquement.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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